A ocorrência de oxidação-redução é uma das reações químicas mais comuns. Nesse tipo de ocorrência, duas ou mais substâncias químicas alteram seus estados de oxidação. As reações de redução da oxidação, também conhecidas como reações redox, envolvem, na verdade, dois processos separados que ocorreram simultaneamente. Esses processos resultaram na renúncia e na liberdade de um ou mais elétrons, fazendo com que as emissões envolvidas tenham uma alteração em seus estados de oxidação. Os produtos químicos chamam esses dois processos de oxidação e redução. As alterações em seus estados de oxidação são chamadas de oxidadas ou reduzidas. Vamos dar uma olhada mais de perto na oxidação versus redução e tentar aprender mais sobre essas reações químicas básicas.
O que significa estado de oxidação?
O estado de oxidação de um átomo representa a carga hipotética de que o átomo teria que se todas as suas ligações fossem iônicas, o que significa que envolviam a doação ou facilidades de elétrons. Muitos livros introdutórios à química dedicam capítulos inteiros às regras de determinação do estado de oxidação dos átomos. A maioria dos átomos pode ter vários estados de oxidação diferentes, dependendo de como suas ligações. Seu estado de oxidação pode ser neutro, positivo ou negativo. Os elementos em seu estado livre, flutuando como átomos únicos ou como moléculas diatômicas ou poliatômicas, geralmente têm um estado de oxidação neutro igual a zero. Os íons carregados têm um estado de oxidação positivo ou negativo que corresponde à sua carga. Átomos ligados a átomos de outros tipos também normalmente apresentam um estado de oxidação positivo ou negativo.
Oxidação vs. Redução: Uma Explicação
Antes de avançarmos muito na explicação das reações de oxidação e redução, devemos primeiro observar como funcionam as reações químicas. Numa ocorrência química, as ligações entre átomos ou íons de uma ou mais substâncias se rompem e novas substâncias se formam. A substância ou substância quebrada, conhecida como reagentes, forma uma nova substância ou substância, chamadas produtos.
Representamos as respostas químicas por escrito como equações químicas. Os reagentes em uma ocorrência química ficam no lado esquerdo da solução. Os produtos vão à direita. No meio, uma seta aponta para a direita, inferior a direção em que ocorre a ocorrência. Esta seta, lida em voz alta como “produtos”, indica que uma ocorrência entre os reagentes à esquerda produz os produtos à direita. Às vezes, pode haver um acontecimento em progresso tanto quanto planejado, levando a um equilíbrio entre produtos e reagentes, uma seta dupla, voltada para ambas as técnicas, substituirá uma seta única externa para a direita.
Como mencionado acima, numa reação de oxidação-redução, a oxidação e a redução ocorreram simultaneamente. Os reagentes à esquerda da pesquisa oxidam ou reduzem para se tornarem produtos à direita. Pode ser mais fácil compreender este processo se considerarmos as reações separadamente, uma de cada vez.
Oxidação
As reações de oxidação representam uma perda líquida de elétrons. Portanto, o reagente perde um ou mais elétrons, fazendo com que o produto tenha um estado de oxidação mais elevado. Uma das respostas mais simples para demonstrar esse processo é a ocorrência de oxidação do hidrogênio . Nesta ocorrência, o gás hidrogênio, em seu estado livre, é oxidado para formar íons hidrogênio carregados positivamente e elétrons livres. Outros íons então captam esses elétrons livres em uma solução aquosa. A realidade segue:
H 2 (gás) → 2H + (aq) + 2 e –
Cada um dos átomos de hidrogênio na molécula de H 2 tem um estado de oxidação zero. Os dois íons de hidrogênio formados pela perda de um elétron têm, cada um, um estado de oxidação de +1. O hidrogênio, nesta pesquisa simples, passou para um estado de oxidação mais elevado, passando de zero a +1. Estava oxidado.
Enquanto isso, os elétrons flutuantes que os átomos de hidrogênio do lado reagente da solução híbrida têm, cada um, uma carga de -1. Mostre esses elétrons como parte da aventura permite o equilíbrio da carga líquida. Isto normalmente não é necessário em soluções completas de oxidação-redução, que possuem um segundo tipo de átomo que sofre redução simultaneamente.
Redução
A fato acima, se invertido, pode produzir novas moléculas de gás hidrogênio a partir de íons hidrogênio e elétrons flutuantes em solução. A nova ocorrência representaria uma ocorrência de redução, porque os íons de hidrogênio estariam no lado esquerdo da oferta como reagentes, e o gás hidrogênio estaria no lado direito como produto. Veja esta realidade abaixo:
2H + (aq) + 2 e − → H 2 (gás)
Nesta ocorrência de redução, o estado de oxidação de cada um dos íons hidrogênio à esquerda é igual a +1. Mas o estado de oxidação dos átomos de hidrogénio à esquerda é igual a zero, porque o hidrogénio na sua forma livre, como molécula de gás diatómica, é neutro. Desta vez, o hidrogênio ganhou elétrons e passou para um estado de oxidação mais baixo. Foi reduzido.
A ocorrência de redução da oxidação
As reações que envolvem mudanças nos estados de oxidação na vida real geralmente requerem uma combinação da ocorrência de oxidação e da ocorrência de redução. Quando um átomo cede um ou mais elétrons, ou sofre oxidação, outro átomo aceita esses elétrons e sofre redução. Vejamos o que acontece na conforto da água em hidrogênio e oxigênio. Essa ocorrência acontece com frequência na natureza. Aqui está a descoberta:
2H 2 O → 2H 2 + O 2
Tanto a oxigênio quanto a oxigênio formam moléculas diatômicas quando flutuam livremente na natureza como os gases. Na sua forma natural, H 2 e O 2 , seu estado de oxidação é zero. Portanto, cada um dos produtos desta superfície tem níveis de oxidação iguais a zero.
No lado reagente da tecnologia, H 2 O combina átomos de hidrogênio e oxigênio para formar um composto neutro. Mas o estado de oxidação de cada hidrogénio neste composto é igual a +1, enquanto o estado de oxidação do oxigénio é igual a -2. Poderíamos reescrever a descoberta acima como duas semi-reações separadas, mostrando as reações individuais de oxidação e redução que ocorrem.
2H + + 2 e − → H 2
2O 2- → 4 e – + O 2
Na primeira semirreação, o hidrogênio passa de um estado de oxidação +1 para um estado de oxidação zero. Cada hidrogênio ganha um elétron. O hidrogênio é reduzido. Na segunda semi-reação, o oxigênio passa de um estado de oxidação de -2 para um estado de oxidação zero. Cada oxigênio perde dois elétrons. O oxigênio é oxidado.
devemos duplicar os nossos hidrogénios e eletrões da primeira semi-reação para equilibrar a solução final. Portanto, temos uma perda líquida de quatro eletrões do oxigénio, e os hidrogénios têm um ganho líquido de quatro eletrões.
Agente Oxidante vs. Agente Redutor
Na descoberta, 2H 2 O → 2H 2 + O 2 , o hidrogênio foi reduzido e o oxigênio foi oxidado. A oxigênio fez o trabalho de reduzir o hidrogênio, dando a cada íon de hidrogênio do H 2 O um elétron. O oxigênio, portanto, era o agente redutor. O agente redutor fez com que ocorresse a redução de outra substância. O agente redutor, entretanto, foi oxidado.
Da mesma forma, cada hidrogênio no lado reagente da proposta acima fez o trabalho de oxidar o oxigênio, retirando um de seus elétrons. O hidrogênio era o agente oxidante. Causou a oxidação do íon oxigênio da água.
Um truque para lembrar oxidação versus redução
Se você se sentir um pouco confuso, não se preocupe. Este é um conceito desafiador para muitos estudantes de química no início, mas fica muito mais fácil com a prática. Se você conseguir se lembrar das palavras OIL RIG, provavelmente se lembrará da diferença entre oxidação e redução.
ÓLEO = Oxidação é Perda
Oxidação significa perda de elétrons. Menos elétrons equivalem a um estado de oxidação mais certamente distorcido.
RIG = Redução é ganho.
Redução significa ganho de elétrons. Um ganho de elétrons faz com que o estado de oxidação de uma substância se incline mais para o negativo.
Reações de redução de oxidação na vida real
Pode ser útil observar algumas reações de redução da oxidação que ocorrem na vida real. Esses tipos de reações ocorrem o tempo todo, em todo o mundo. É claro que não representam todo o tipo de ocorrência, mas são bastante comuns. Aqui estão apenas alguns exemplos de reações de oxidação-redução com as quais você provavelmente já conhece.
Combustão
A combustão, a queima de uma substância na presença de oxigênio, é uma ocorrência de oxidação-redução familiar. Vamos dar uma olhada na combustão do metano, CH 4 . Quando o metano está presente na queima de oxigênio, formam-se dióxido de carbono e água. Aqui está esse fato:
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O
Lembre-se de que o estado de oxidação do oxigênio é igual a zero quando ele não existe estado livre, como gás diatômico. Mas quando o oxigênio se liga ao hidrogênio para formar água, ou ao carbono para formar dióxido de carbono, ele tem um estado de oxidação de -2. Nesta solução, cada átomo de oxigênio neutro no lado esquerdo é limitado. Ele ganha elétrons para atingir o estado de oxidação -2 à direita.
2O 2 + 8 e – → 4O 2-
Enquanto isso, o carbono passa de um estado de oxidação de -4, ligado a quatro íons de hidrogênio +1 à esquerda, para um estado de oxidação de +4, ligado a dois íons de oxigênio -2 à direita. O carbono é oxidado. Ele perde um total de oito elétrons que o oxigênio pode então captar.
C 4- → C 4+ + 8 e –
Nesta solução equilibrada, o número de elétrons perdidos pelo carbono é igual ao número ganho pelo oxigênio. O carbono é o agente redutor e o oxigênio é o agente oxidante. A proteção mantém o mesmo estado de oxidação de +1 em ambos os lados da proposta.
Ferrugem
A ferrugem se forma quando o ferro se combina com o oxigênio na presença de água. O processo requer várias etapas, que não abordaremos aqui. No entanto, este processo essencial, uma ocorrência de oxidação-redução envolvendo ferro e água, pode ser ilustrado com a pesquisa simplificada aqui:
4Fe + 3O 2 → 2Fe 2 O 3
Nesta oportunidade, tanto o ferro quanto o oxigênio existem em seu estado livre no lado esquerdo da opção. Como reagentes, o estado de oxidação de ambos os elementos é igual a zero. No lado direito, o ferro e a oxigênio se combinam como íons. Neste composto específico, o oxigênio tem um estado de oxidação de -2 e o ferro tem um estado de oxidação de +3. A solução balanceada tem uma carga líquida zero em ambos os lados. Sabemos que esta é uma ocorrência de oxidação-redução porque tanto o ferro quanto o oxigênio sofrem uma mudança no estado de oxidação do lado esquerdo para o direito. Dê uma olhada nas meias-reações.
4Fe → 4Fe 3+ + 12 e –
3O 2 + 12 e – → 6O 2-
Novamente, esta pesquisa balanceada tem o mesmo número de elétrons perdidos pelo ferro que o número ganho pelo oxigênio. O ferro é o agente redutor e a oxigênio é o agente oxidante.
Fotossíntese
As plantas convertem dióxido de carbono e água, na presença de energia luminosa, em glicose e oxigênio por meio de um processo conhecido como fotossíntese. A química química balanceada para este processo pode ser vista aqui:
6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2
A glicose é um composto orgânico feito de carbono, hidrogênio e oxigênio. O carbono na glicose tem um estado de oxidação zero. No entanto, no dióxido de carbono, o estado de oxidação do carbono é igual a +4. Portanto, cada carbono passa de um estado de oxidação +4 no lado esquerdo da possibilidade para zero no lado direito. Cada carbono é reduzido e ganha quatro elétrons.
No lado esquerdo da rede, cada oxigênio existe como um íon com estado de oxidação de -2. Cada oposição à direita existe em seu estado livre com um estado de oxidação zero. A oxigênio é oxidada à medida que perde elétrons para retornar à sua forma elementar.
Importância das reações de oxidação e redução
A vida neste planeta cessaria sem reações de oxidação e redução. Essas soluções são fáceis para a fotossíntese e a respiração celular. Eles fornecem a maior parte da energia para o nosso planeta. É claro que as reações de oxidação-redução também causam corrosão dos metais. Essas respostas fazem com que os alimentos fiquem rançosos e até prejudicam o envelhecimento das nossas células. Compreender a oxidação e a redução é essencial para quem estuda química ou biologia. Esperançosamente, esta visão geral também ajudou você a entender um pouco melhor o conceito.
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